燃料电池与燃料电池汽车

王志成等

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前言
燃料电池概述 1
1.1 燃料电池的工作原理 1
1.2 燃料电池的分类 2
1.3 燃料电池的发展历史 3
1.4 燃料电池的特性 4
1.5 燃料电池的应用 6
参考文献 7
燃料电池的电化学基础 9
2.1 燃料电池热力学 9
2.1.1 Gibbs自由能与电池电动势的关系 9
2.1.2 能斯特方程 11
2.1.3 燃料电池效率 12
2.2 电极过程动力学 14
2.2.1 法拉第定律与电化学过程速率 15
2.2.2 电化学反应速率 15
2.3 极化 16
2.3.1 电化学极化 16
2.3.2 浓差极化 19
2.3.3 欧姆极化 20
2.4 极化测试 21
参考文献 23
燃料电池类型 24
3.1 质子交换膜燃料电池 24
3.1.1 PEMFC结构与工作原理 24
3.1.2 PEMFC发展简史 25
3.1.3 PEMFC主要部件 26
3.1.4 PEMFC单电池与电池组 44
3.1.5 PEMFC电池组失效分析 49
3.2 直接甲醇燃料电池 50
3.2.1 DMFC结构与工作原理 50
3.2.2 DMFC关键材料 52
3.2.3 DMFC与PEMFC的差别 54
3.2.4 DMFC存在的问题 55
3.2.5 DMFC的应用 55
3.3 固体氧化物燃料电池 55
3.3.1 SOFC结构与工作原理 55
3.3.2 SOFC发展概况 57
3.3.3 SOFC关键材料 59
3.3.4 SOFC发展趋势 68
3.3.5 SOFC面临的问题 69
3.3.6 SOFC电池组 78
3.3.7 高功率密度SOFC 80
3.4 碱性燃料电池 82
3.4.1 AFC结构与工作原理 82
3.4.2 AFC发展概况 83
3.4.3 AFC关键材料 84
3.4.4 排水 87
3.4.5 AFC的优缺点 89
3.4.6 单电池与电池组 89
3.5 磷酸燃料电池 91
3.5.1 PAFC结构与工作原理 91
3.5.2 PAFC发展状况 92
3.5.3 PAFC结构材料 93
3.5.4 PAFC电池组 96
3.5.5 影响PAFC的因素 96
3.5.6 影响寿命的因素及改进办法 98
3.5.7 PAFC的优缺点 99
3.6 熔融碳酸盐燃料电池 100
3.6.1 MCFC结构与工作原理 100
3.6.2 MCFC发展概况 101
3.6.3 MCFC关键材料 102
3.6.4 MCFC单电池与电池组 106
3.6.5 操作条件对MCFC性能的影响 107
3.6.6 MCFC的优缺点 109
参考文献 110
4.1 氢气的制备 116
4.1.1 化石能源制氢 116
4.1.2 水电解制氢 124
4.1.3 生物质制氢 125
4.1.4 氮氢化合物制氢 129
4.1.5 硼氢化钠制氢 133
4.2 氢气的纯化 135
4.3 氢气的储存 137
4.3.1 高压气态存储 137
4.3.2 低温液态存储 138
4.3.3 金属氢化物储氢 139
4.3.4 新型碳材料储氢 142
4.3.5 有机液体氢化物储氢 144
4.3.6 其他储氢技术 146
参考文献 150
燃料电池汽车 153
5.1 燃料电池汽车的工作原理 153
5.2 燃料电池汽车的重要部件 154
5.2.1 燃料电池发动机 155
5.2.2 动力系统 155
5.2.3 电动机 158
5.2.4 电子控制系统 161
5.2.5 燃料系统 161
5.2.6 安全系统 164
5.3 燃料电池汽车的关键技术 166
5.3.1 电池技术 166
5.3.2 电机技术 167
5.3.3 控制器技术 169
5.4 质子交换膜燃料电池电动汽车 170
5.4.1 发展概况 170
5.4.2 研发方向和需要解决的问题 175
5.5 固体氧化物燃料电池汽车 177
5.5.1 发展概况 177
5.5.2 SOFC电池应用于汽车所面临的挑战 180
5.6 燃料电池汽车的基础设施建设 181
5.6.1 氢气加注站 181
5.6.2 全球氢气加注站的发展概况 184
参考文献 186